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Industrie 4.0 und Digitalisierung im BMW Werk Regensburg: Ein Rundgang

Die BMW Group setzt in der Produktionslogistik zunehmend Technologien aus den Bereichen Digitalisierung und Industrie 4.0 ein, um auch in Zukunft zu gewährleisten, dass das weltweite Produktionsnetzwerk pünktlich und zuverlässig mit den benötigten Bauteilen versorgt wird.

von Vera Bauer am 26. Januar 2019

Zahlreiche Anwendungen wie Logistikroboter, autonome Transportsysteme und Digitalisierungsprojekte konnten wir uns bei einer Werktour in Regensburg genauer anschauen. Besonders beeindruckt hat uns dabei die Bedienbarkeit über mobile Endgeräte wie Smartphones und Tablets oder auch Virtual Reality-Anwendungen, mit denen man Logistikprozesse steuern und planen kann.

Digitalisierung und Automatisierung der Transportsysteme

Datentransparenz in der Lieferkette

Bei BMW liefern rund 1.800 Lieferanten an über 4.000 Standorten täglich über 31 Millionen Bauteile zu den weltweit 30 Produktionsstandorten des Automobilhersteller. Das sind riesige Mengen, die einiges an Koordination abverlangen und die ist von Menschenhand kaum zu schaffen. Die Lieferkette der BMW Group besteht aus einem weltweiten Lieferantennetzwerk und einer engen Zusammenarbeit mit zahlreichen Logistikdienstleistern. Um das alles transparenter zu gestalten, hat man das Programm „Connected Supply Chain (CSC)“ ins Leben gerufen.

Dadurch bekommen die Materialsteuerer und Logistiker in den Werken im 15-Minuten-Takt Aktualisierungen dazu, wo sich welche Ware befindet und ob sie pünktlich ankommen wird. Durch diese Transparenz können sie bei möglichen Verzögerungen sofort reagieren und frühzeitig entsprechende Maßnahmen einleiten, um kostspielige Sonderfahrten zu vermeiden.

Über das CSC-Portal vernetzten sich außerdem Lieferanten, Transportdienstleister und Mitarbeiter von BMW, denn dort sind erstmals die mit GPS-Daten verknüpften Materialnummern und die realen Ankunftszeiten hinterlegt. Seit Mitte 2018 sind mehrere hundert Lieferanten und Transportdienstleister in Europa und Mexiko in das System integriert. Bis Ende 2019 werden mehrere tausend Partner an das System angebunden sein. In Zukunft will man das CSC um eine künstliche Intelligenz erweitern.

Autonome Transportsysteme

Nachdem alle Lieferungen mit einem intelligenten Planungssystem koordiniert sind, kommen wir zum Transport der Ware innerhalb der Produktionshallen bei BMW. Hier werden zunehmend autonome Systeme wie Routenzüge und Smart Transport Roboter eingesetzt. Um alte Routenzüge zu smarten Warenlieferanten zu machen, hat BMW in einem Pilotprojekt ein Automatisierungskit entwickelt, mit dem man die Transportwägen aufrüsten kann.

Autonom bedeutet hier nicht nur fahrerloses Fahren, sondern auch eine dynamische Routenführung nach Lieferpriorität und das Umfahren von Hindernissen. Die selbständige Steuerung und Navigation der Routenzüge geschieht dabei über Lasersignale, die laufend die Umgebung abtasten und ein entsprechendes Raumprofil erstellen. Ab dem kommenden Jahr werden im BMW Group Werk Dingolfing voraussichtlich 20 autonome Routenzüge im Einsatz sein.

Cool ist auch, dass BMW das Thema Routenzüge auch mit dem Thema Digitalisierung verknüpft. Denn eine Smart Watch, unterstützt die Logistikmitarbeiter beim Behälterwechsel und kündigt nahende Routenzüge per Vibrationsalarm an. Zusätzlich kann der Mitarbeiter ablesen, welche Behälter er entladen soll und den Routenzug per Displayberührung zu seinem nächsten Ziel schicken.

Für den Transport von Rollcontainern auf Logistikflächen innerhalb der Hallen, arbeitet BMW schon seit 2015 gemeinsam mit dem Fraunhofer Institut IML an den ersten selbstfahrenden Smart Transport Robots. Mittlerweile ist die zweite Generation im Regensburger Werk im Einsatz. Die flachen Roboter tragen Rollcontainer bis zu einer Tonne Gewicht und transportieren diese autonom zum Bestimmungsort der Ware. Dabei berechnen sie die ideale Route selbstständig und bewegen sich frei im Raum, dank des neuen Navigationssystems “SLAM”. Interessant ist auch, dass ein eingebautes Batteriemodul des BMW i3 den Roboter für einen ganzen Tag mit Strom versorgt.

Für die Lieferung von dringenden Kleinteilen muss aber kein kompletter Smart Transport Roboter losgeschickt werden, denn es gibt ihn auch in einer kleinen Variante – den sogenannten miniSTR. Er trägt Kleinladungsträger mit bis zu 50 Kilogramm Gewicht und erstellt seine Route selbstständig.

Ein weiterer smarter Transportwagen wurde erst in den letzten 12 Monaten im Werk in Regensburg eingesetzt. Dabei handelt es sich um autonome Hubwagen, die sogenannten Ameisen, die Bauteile aus dem aus dem Lager an den entsprechenden Ort in der Werkstatt liefern. Sie sind mit einem besonderen Sicherheitskonzept ausgestattet, sodass sie Personen und Objekte umfahren können sowie eine Schnittstelle zu anderen automatischen Fahrzeugen besitzen. Von den Ameisen soll es in Zukunft acht Stück im Regensburger Werk geben.

Aber nicht nur in den Hallen, auch außerhalb der BMW Werke kommen intelligente Roboter zum Einsatz. Am Leipziger Standort wird beispielsweise eine autonome Outdoor-Transportmaschine in einem Pilotprojekt eingesetzt, der LKW-Anhänger selbstständig vom Stellplatz zur Ent- und Beladestation im Werk bringt. Der sogenannte AutoTrailer hat eine Traglast von bis zu 30 Tonnen und steuert mittels Lasernavigation und ohne zusätzliche Leitlinien oder Markierungen durch den Außenbereich des Werks.

Er hat Sensoren verbaut, die ihm eine 360 Grad Ansicht durch Sensoren und Kameras ermöglicht. Nach mehreren Monaten Testphase, kann der AutoTrailer im Werk in Leipzig in den Realbetrieb gehen und bald auch in den USA und in Dingolfing. Nützlich ist das vor allem deshalb, weil im Werk Spartanburg in Amerika täglich circa 1.200 dieser Rangierfahrten von LKW-Anhängern statt.

Eine weitere Variante der autonomen Outdoor-Transportsysteme sind die AutoBoxes: Diese autonomen Plattformen können mehrere Gitterboxen mit Bauteilen in einem Werk zwischen den Hallen rangieren. Mit einer Traglast von bis zu 25 Tonnen sind sie in der Lage, bis zu 20 Gitterboxen gleichzeitig zu transportieren. In Frühjahr 2019 findet eine Pilotanwendung im Werk in Dingolfing statt, danach folgen Werke in China und Berlin.

Cloudbasierte Plattform

Um all seine autonomen Transportsysteme zu managen, setzt die BMW Group auf eine cloudbasierte Betriebsplattform namens BMW Services, um eine zentrale Anlaufstelle zu haben. Dank dieser Plattform vereinfachen sich die Logistikprozesse erheblich. Mitarbeiter geben über eine einfach zu bedienende Benutzeroberfläche Fahrregeln und Arbeitsabläufe ein und erhalten aktuelle Daten über alle Fahrzeuge. Zukünftig soll die Plattform autonome Transportfahrzeuge unterschiedlichster Hersteller unterstützen.

„Die Logistik ist das Herzstück unseres Produktionssystems. Unser breites Spektrum an zukunftsweisenden Projekten unterstützt uns, die immer komplexer werdenden Logistikprozesse effizient zu betreiben und transparenter zu machen. Dafür nutzen wir das große Angebot der verfügbaren technologischen Innovationen und arbeiten eng mit Universitäten und Startups zusammen. Wir arbeiten schon heute mit den Industrie 4.0-Technologien von morgen.“ Jürgen Maidl, Leiter Logistik im BMW Group Produktionsnetzwerk

Roboter, KI und virtuelle Realität in der Logistik

Einsatz von Logistikrobotern

Wir haben uns jetzt die großen und kleinen Transportroboter angeschaut, die das Rad der Produktion im Regensburger Werk am Laufen halten. Doch BMW hat natürlich nicht nur smarte Maschinen, die Sachen von A nach B transportieren, auch bei der mühsamen Verteilung von Waren in verschieden große Containern, Teilebehältern und im Lager, bekommen die Mitarbeiter in Zukunft Unterstützung von Logistikrobotern. Vier verschiedene Robotertypen sind aktuell im Testeinsatz oder schon in die Serienproduktion integriert.

Da gibt es zum einen die stationär eingesetzten „SplitBots“, die im Wareneingang volle Kunststoffboxen von der Palette nehmen und auf eine Fördertechnik platzieren können, sodass die Boxen in ein Lager transportiert werden. Dabei achtet der SplitBot darauf, dass die Behälter für die automatisierte Einlagerung korrekt ausgerichtet sind. Mithilfe von künstlicher Intelligenz kann der SplitBot bis zu 450 verschiedene Behälter erkennen und verarbeiten. Nach erfolgreichem Abschluss des Testbetriebs ist geplant, SplitBots ab 2019 im BMW Group Werk Dingolfing im Serienbetrieb einzusetzen.

Aktuell testet die BMW Group den Einsatz eines mobilen „PlaceBots“ direkt am Band. Der fahrbare PlaceBot entlädt Routenzüge und stellt die mit Ware bestückten Kisten in ein Regal. Dabei klassifiziert er mithilfe eines Bilderkennungssystems diese Kleinladungsträger und ermittelt über das Zusammenspiel aus Sensorik, Kamera und künstlicher Intelligenz den idealen Greifpunkt. Zudem kann er sich in einem zuvor festgelegten Bereich autonom bewegen.

Ein weiterer Logistikroboter, der sogenannte „PickBot“, stellt verschiedene Kleinteile aus entsprechenden Bereitstellungsregalen zusammen. Die unterschiedlichen Teile werden von einer selbstentwickelten und -trainierten künstlichen Intelligenz erkannt. Anschließend berechnet der PickBot den richtigen Greifpunkt. Langfristig soll der PickBot bis zu 50.000 Kleinteile erkennen und bedienen können. Voraussichtlich ab 2019 wird der PickBot im BMW Group Werk Leipzig in der Serienproduktion eingesetzt.

Der letzte unter ihnen ist der bereits in Serienproduktion eingesetzte “SortBot“, der Leergutbehälter auf Paletten stapelt, bevor sie wieder in den Umlauf gehen. Bis Ende des Jahres werden drei SortBots im BMW Group Werk Leipzig im Einsatz sein. Alle Roboter erledigen Arbeiten, die für Menschen sehr viel eintöniger und langweiliger wären. Es ist also gut, dass beim Regale einsortieren oder beim Greifen von Produktteilen Roboter zum Einsatz kommen.

Smart Devices

Vor ein paar Jahren wurde der Einsatzbereich der Google Glasses vom heimischen Wohnzimmer, hin zum Logistikcenter erhoben. Bei BMW kommen sie zwar nicht zum Einsatz, dafür aber andere ähnliche Smart Devices: Handschuhe mit integrierten Scannern und Displays, Datenbrillen und Smart Watches werden immer häufiger eingesetzt, um Mitarbeiter der Logistik zu unterstützen

Der Einsatz resultiert vor allem aus der Umstellung auf eine papierlose Logistik, sodass Behälter und Regale digital beschriftet sind und daraus ergeben sich neue Anwendungsgebiete für mobile Endgeräte. Scanhandschuhe können die elektronischen Etiketten auslesen und auf kleinen, am Arm tragbaren Displays den genauen Inhalt eines Kleinladungsträgers angeben.

Ein Ziel der papierlosen Logistik ist es, alle Behälter nur noch mit einem einzigen Label auszustatten. Diese „Unique Behälter ID“ beinhaltet künftig einen einzigen QR-Code und eine Nummer. Alle Informationen zu Lieferant, Inhalt und Lagerungsort sind zentral abgespeichert und können mit verschiedenen Scannern abgerufen werden. Eine spezielle Logistik-App zeigt dem Mitarbeiter auf Smartphones die für seine Aufgaben relevanten Informationen an. Dadurch erfährt er beispielweise die Position eines KLT und ob der Inhalt in Ordnung ist.

Eine Augmented Reality-Brille unterstützt den Mitarbeiter dabei, Bauteile in der richtigen Reihenfolge zu sortieren. Dabei sieht der Mitarbeiter im Sichtfeld der Datenbrille, welches Bauteil in welches Regalfach abgelegt werden soll. Korrekte Arbeitsschritte werden grün bestätigt, Fehler werden optisch hervorgehoben. Die Datenbrille hilft somit, den Überblick über die Vielzahl verschiedener Bauteile zu behalten und Fehler bei der Kommissionierung, also dem Zusammenstellen von bestimmten Teilen, zu vermeiden.

Virtuelle Realität und künstliche Intelligenz

Virtuelle Realität spielt schon heute eine wichtige Rolle bei der Ausplanung von Logistikflächen. Planer können in der virtuellen Umgebung schnell und effizient zukünftige Logistikflächen komplett ausarbeiten und müssen nicht mehr immer vor Ort sein, um den Platzbedarf zu beurteilen. Die Planung basiert dabei auf 3D-Daten, die die realen Strukturen einer Logistikhalle wiedergeben und das macht BMW bereits seit mehreren Jahren, sodass sie ihre Werke digital mit speziellen 3D-Scannern und hochauflösenden Kameras bis auf wenige Millimeter genau digital abgespeichert haben. Bei der Planung zukünftiger Logistikflächen kombinieren die Experten der BMW Group nun die vorhandenen Daten mit einer virtuellen „Bibliothek“, die Regale, Gitterboxen, Kleinladungsträger und rund 50 weitere besonders gebräuchliche Betriebsmittel enthält.

Das Auswählen, Platzieren, Bewegen und Entfernen von Logistikstrukturen- und flächen sowie Abstands- und Flächenmessungen können in der virtuellen Umgebung vereinfacht dargestellt werden. Zudem können mehrere Planer, unabhängig vom Standort, gleichzeitig an derselben Flächengestaltung arbeiten. Damit die verwendeten Daten exakt stimmen, setzt BMW zusätzlich auf den Einsatz von künstlicher Intelligenz.

Künstliche, neuronale Netzwerke werden dabei zunächst „trainiert“, wobei dem Rechner Aufgaben und deren zu erlernende Ergebnisse vorgelegt werden. Besteht die Vorgabe beispielsweise aus Fotos diverser Behälter aus verschiedenen Perspektiven und den dazugehörigen Behältertypen, lernt das System deren Aussehen. Wird das Netzwerk trainiert, kann es anschließend die antrainierten Behältertypen selbstständig und mit großer Zuverlässigkeit auf neuen Fotos erkennen.

Vom Werk zum Kunden

Wie die Anlieferung von Teilen in die Werke ist auch die Auslieferung der Fahrzeuge bis zum Händler inzwischen digital und transparent koordiniert. Das ehemalige Pilotprojekt Connected Distribution ist seit diesem Jahr voll in die Serienproduktion integriert und nutzt die in den Fahrzeugen verbaute IT, um den Ort der Fahrzeuge ab Fertigstellung im Werk nachzuverfolgen. Dabei übermittelt das Fahrzeug bei jedem Abstellvorgang seine aktuellen GPS-Daten sowie seinen Zustand via einer Mobilverbindung an die Logistikzentrale.

Das Fahrzeug ist damit ein intelligenter Sensor auf Rädern und versendet oder empfängt wichtige Informationen. Diese helfen der Montage, der Distributionslogistik und den Kollegen in den Märkten, Termine einzuhalten. In einer zweiten Entwicklungsstufe soll das Display im Inneren der fertigen BMW Autos für die Quittierung der Fahrzeugübergabe genutzt werden. Vor der Übergabe an den Händler wird die Funktion Connected Distribution deaktiviert und die Funktion ConnectedDrive aktiviert. Damit ist die Möglichkeit zur Nachverfolgung deaktiviert und auch die Zustandsdaten des Fahrzeuges werden nicht mehr dokumentiert.

BMW ist es auch sehr wichtig, dass sie mit ihrem Produktionsnetz nicht zu sehr zur Umweltverschmutzung durch Emissionen beitragen. Deshalb verlassen über 60 Prozent aller Neufahrzeuge die Produktionswerke per Schienenverkehr. Dennoch ist der Einsatz von LKWs weiter nötig und auch die Emissionen dieser LKW-Fahrten zu reduzieren, setzt BMW bereits heute auf Erdgas- und Elektro-LKWs. Ziel ist es, die Emissionen von LKW bis 2030 um 40 Prozent zu reduzieren und bis 2050 völlig emissionsfrei unterwegs zu sein.

Neun elektrisch angetriebene LKWs sind jetzt schon in den Werken in München, Regensburg, Landshut und Leipzig im Einsatz. Die derzeit bei Elektro-LKW verfügbare Reichweite ist ideal für Transporte innerhalb der Werkstore und auf Kurzstrecken. In Zukunft sollen aber auch immer mehr Fahrzeuge eingesetzt werden, die mit flüssigem Erdgas betrieben werden, denn sie können bis zu 25 Prozent CO2-Emissionen einsparen. Mit Bioerdgas angetriebene LKW erreichen sogar eine Reduktion um bis zu 95 Prozent und diese können auch auf Langstrecken eingesetzt werden. Langfristig möchte man außerdem LKWs mit Wasserstoff betreiben, um das Ziel einer emissionsfreien Logistik bis 2050 zu erreichen. Aktuell ist diese Technologie aber noch in der Entwicklung.